CIR機車綜合無線通信設備聯控故障分析

【摘要】CIR（Cab Integrated Radio Communication Equipment）機車綜合無線通信設備對于動車組安全運行具有重要的作用，文章針對一線工區近期在CIR設備日常檢修和維護中所遇到的車-地聯控故障，進行了分析和研究。

【關鍵詞】CIR聯控測試仿真

一、引言

在GSM-R網絡環境下，CIR電臺主要起著調度通信、車-地聯控、無線調度命令傳送等重要作用，尤其是在動車組運行途中，司機須定點與地面調度人員進行聯控通話，以確保動車組安全運行。

二、CIR聯控故障分析

作為車載無線通信設備的核心功能，動車組司機利用CIR與車站值班員、調度員進行車-地聯控通話是一種普遍的通信方式，因此，確保CIR語音業務正常便顯得尤為重要。一般來說，CIR聯控通話故障與GSM-R語音系統相關模塊或設備有著最直接的聯系，以下重點從語音業務相關數據測試、分析以及模擬實驗的角度進行討論。

從分析可知，衡量車-地聯控通話質量的標準主要在于呼叫建立成功的概率、呼叫建立時間以及業務傳輸時延，而這些指標的好壞又取決于GSM-R語音網絡環境及相關通信設備性能；同時，根據現場故障和問題的具體情況情況，車-地聯控通話故障主要在于語音場強覆蓋情況和車載通信終端CIR設備狀態。

通過對動車組司機所報故障及作業人員檢修發現的問題進行分析，常見的車-地聯控通話故障主要有以下三種情況：（1）CIR呼叫FAS或FAS呼叫CIR成功后，出現單通現象，CIR送話正常，受話異常無音。此現象說明CIR與FAS建立連接后，語音接收模塊故障，揚聲器與手柄受話均無音，其原因除CIR相關板件（如：主控單元）故障外，主要原因為GSM-R語音天線接收功率不足，導致單通。（2）CIR呼叫FAS或FAS呼叫CIR成功后，出現單通現象，CIR受話正常，送話異常，被叫聽不到聲音。此現象說明CIR與FAS建立連接后，語音發送模塊故障，其原因除CIR相關板件（如：主控單元）故障外，主要原因為GSM-R語音天線發送功率不足，導致單通。（3）CIR呼叫FAS不成功，或在通話過程中語音信號出現斷續現象，無法正常通話。其原因除地面或CIR相關設備（如：車頂天線）故障外，主要原因為GSM-R語音場強不穩定，主要由兩方面因素引起，一是受到外界無線干擾、地形等條件影響；而是在動車組高速運行情況下，由于業務切換不連續和多普勒平移現象而導致的信號中斷或失真。

由此可見，引起車-地聯控單通故障的因素主要來自以下兩個方面：（1）CIR設備本身問題，如板件模塊，天饋系統等；（2）GSM-R網絡環境影響，如語音場強、客觀地形條件、小區切換和多普勒平移等因素。

針對西安北動車檢修庫內存在的車-地聯控故障現象，通過多次測試場強取范圍值、對比數據來分析引起故障的主要因素。GSM-R語音場強值所示，第一，儀表測試值和CIR供電檢修測試值均在正常范圍內，然而儀表測試結果范圍90%以上大于CIR測試范圍，這說明，對于一些使用時間較長的CIR設備來說，車頂天線長時間暴露于外界，加之主機各元器件的使用程度、壽命等因素，收發信號無線信號容易出現一定的損耗，而場強測試儀的測試穩定性和科學性相對高一些；第二，從測試值不難發現，檢修庫內4各股道12個測試點的語音場強分布大部分范圍比較合理，然而3-2股道中、西側和4-2股道中、西側位置語音場強值均偏小，容易導致通話丟包的發生。

因此，對于動車組CIR電臺車-地聯控故障，應重點從兩方面考慮解決，一是對動車組車頂GSM-R語音天線進行集中檢修的整治，及時更換不合格天線，減少由于設備本身原因而帶來的通話故障。二是優化西安北動車所檢修庫內無線信號覆蓋結構，如可將3-2、4-2股道范圍內的全向天線更換為定向天線，以彌補庫內弱場區和全向天線交疊區的缺陷，進一步優化無線網絡覆蓋；三是采集數據、測試并優化GSM-R網絡固定設備布局，提高其性能。

三、車-地聯控仿真實驗

針對CIR車-地聯控業務指標，在OPNET仿真環境下搭建模擬通話平臺，分別在城市、郊區、和鄉村三種地理環境下，重點對GSM-R語音業務在丟包率和傳輸時延方面進行了仿真（時間為2hour），仿真參數設置如下：

（1）系統級參數：機車移動速度為300km/h，用戶處于獨立的慢衰落信道中，調制方式為GMSK，數據速率為4.8kb/s。（2）節點參數：采用定向天線，基站天線增益為14dBi，機車天線增益為3 dBi，基站最大發射功率為20 W，3扇區結構。（3）噪聲干擾：在城市、郊區、和鄉村三種地理環境下，相鄰小區的干擾因子分別為0.65、0.63、0.6，相位噪聲功率譜密度為-74dBm/Hz，陰影衰落標準差為10dB。

仿真結果分析，可以看出，三種環境下，GSM-R語音業務丟包率基本為0，通話傳輸時延在0.4s-0.6s之間，符合行業標準。仿真結構表明，在CIR相關設備良好，動車組運行在較高時速，一般GSM-R網絡環境和干擾條件下，車-地聯控通話故障發生的概率較低。